Bohrvorrichrung

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung für einen Senkkasten mit sich erweiterndem Querschnitt. Derartige Senkkästen, deren Querschnitt sich beispielsweise von 7 m auf 13 m erweitert, werden auf dem Land aber auch vor allem auch im Meer für die Gründung von Windkraftanlagen und Bohrinseln für die Öl- und Gasindustrie eingesetzt. Die hierbei verwendeten Senkkästen mit einem Querschnitt von etwa 8 bis 15 m sind häufig flaschenförmig ausgebildet, d.h. das obere Ende des Senkkastens weist einen geringen Querschnitt auf, wohingegen das untere Ende des Senkkastens, das im Boden versenkt wird, einen großen Querschnitt aufweist, da es für eine feste Verankerung im Boden sorgen muss.

[0002] Eine Bohrvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für einen Senkkasten mit zylindrischem Querschnitt ist aus der JP 2125022 A bekannt. Eine ähnliche Bohrvorrichtung ist in der JP 2002004296 A bekannt.

[0003] Die DE 42 14 410 A1 offenbart ein Maschinenaggregat für die Querschnittserweiterung von vertikalen Grubenbauen.

[0004] In der DE 40 28 596 A1 ist ein Schachtabteufverfahren und eine Einrichtung zu dessen Durchführung beschrieben.

[0005] Die FR 2 374 504 A1 offenbart eine Einrichtung zum Erweitern von Schächten.

[0006] Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Bohrvorrichtung zu schaffen, die für einen Einsatz bei einem Senkkasten mit sich erweiterndem Querschnitt geeignet ist und mit der im Inneren des Senkkastens im Bereich des erweiterten Querschnitts zufriedenstellend gebohrt werden kann.

[0007] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch, dass eine rotierbare Bohrstange vorgesehen wird, an deren unterem Endabschnitt zumindest ein Bohrarm angelenkt ist, an dessen Ende ein Schneidkopf befestigt ist. Der Schneidkopf ist erfindungsgemäß mit Hilfe eines den Bohrarm verschwenkenden Stellelements relativ zu einer Rotationsachse der Bohrstange hin- und herbewegbar. Auf diese Weise lässt sich bei an die Bohrstange angelegtem Bohrarm die gesamte Bohrvorrichtung in einen Senkkasten durch dessen reduzierten Querschnitt einbringen. Nach Absenken der Bohrstange auf dem Bohrgrund kann dann der Bohrarm so verschwenkt werden, dass er den gesamten Innenquerschnitt des Senkkastens überstreicht, wenn die Bohrstange rotiert wird.

[0008] Die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung eignet sich somit für Senkkästen mit sich erweiterndem Querschnitt. Sie ist jedoch in gleicher Weise auch bei Senkkästen mit konstantem Querschnitt einsetzbar, so dass die Vorrichtung flexibel verwendet werden kann.

[0009] Erfindungsgemäß sind zumindest zwei Zentrierarme an der Bohrstange angelenkt, wobei die Zentrierarme mit Hilfe eines Stellelements relativ zu der Rotationsachse der Bohrstange verschwenkt werden können. Mit einer solchen Zentriervorrichtung, die insbesondere drei gleichmäßig beabstandete Zentrierarme umfassen kann, lässt sich die Bohrvorrichtung, d.h. das Bohrrohr, die Bohrarme und der daran befestigte Schneidkopf, in der Mitte des Senkkastens zentrieren, nachdem der Schneidkopf in seine Arbeitsposition gebracht ist. Durch die verschwenkbare Ausbildung der Stellelemente behindern diese das Einsetzen der Bohrvorrichtung in den Senkkasten nicht. Gleichzeitig ist durch die verschwenkbare Ausbildung der Zentrierelemente eine Anpassung an unterschiedliche Querschnitte der Senkkästen möglich.

[0010] Da die Zentrierarme in eine Position verschwenkbar sind, in der sich diese etwa rechtwinklig zu der Bohrstange erstrecken, lässt sich die Bohrstange mit einer hohen Kraft innerhalb des Senkkastens zentrieren.

[0011] Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen beschrieben.

[0012] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann an der Bohrstange zumindest ein Querträger starr befestigt sein, damit dieser Drehmoment von der Bohrstange auf den Bohrarm überträgt und zwar an einer Stelle, die sich zwischen dem Schneidkopf und der Bohrstange befindet. Mit Hilfe eines solchen Querträgers lässt sich die Befestigung des Bohrarms an der Bohrstange versteifen, da das Drehmoment dann nicht nur am Anlenkpunkt des Bohrarms sondern auch zwischen diesem Anlenkpunkt und dem Schneidkopf auf den Bohrarm übertragen wird. Der Querträger kann sich insbesondere etwa rechtwinklig zu der Bohrstange erstrecken und er kann beispielsweise als doppelte Führung ausgebildet sein, so dass die Bohrstange für jede Drehrichtung durch den Querträger abgestützt wird. Eine besonders einfache Ausführungsform sind zwei parallele und sich rechtwinklig zu der Bohrstange erstreckende Schienen, zwischen denen der Bohrarm angeordnet wird.

[0013] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann für eine Überwachung und Automatisierung des Bohrvorgangs eine Sensoreinrichtung vorgesehen sein, die den Schwenkwinkel des Bohrarms detektiert. Auf diese Weise lässt sich zuverlässig feststellen, in welcher Schwenkstellung sich der Bohrarm befindet. Nach einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Sensoreinrichtung an dem Querträger der Bohrstange angeordnet sein.

[0014] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Bohrarm so verschwenkbar, dass der Querträger die maximale Außenkontur des in den Senkkasten einbringbaren Teils der Bohrvorrichtung definiert. Mit anderen Worten ist der Bohrarm und der Querträger so dimensioniert und konstruiert, dass bei an die Bohrstange angelegtem Bohrarm die größte lichte Weite der Bohrvorrichtung im Wesentlichen durch den Querträger bestimmt wird. Auf diese Weise ist die radiale Erstreckung des Querträgres maximiert und das auf den Bohrarm übertragbare Drehmoment optimiert.

[0015] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Bohrstange auf einer Basis vertikal verstellbar montiert, die auf den Senkkasten aufsetzbar ist. Hierdurch ist eine einfache und zuverlässige Befestigung der Bohrstange an dem Senkkasten sichergestellt. Die vertikale Verstellung der Bohrstange kann beispielsweise durch Stellzylinder erfolgen, mit denen die Bohrstange eine Hubbewegung durchführen kann, um den Schneidkopf unter Kraft in den Bohrgrund einzubringen.

[0016] Es kann nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorteilhaft sein, wenn das untere Ende der Bohrstange mit einer Bohrspitze versehen ist. Hierdurch kann auch im Mittelpunkt des Senkkastens ein Bohrvorgang durchgeführt werden, auch wenn dieser Bereich von dem Schneidkopf nicht überstrichen werden kann.

[0017] Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn ein unteres Ende der Bohrstange mit einer Austrittsöffnung für Spülflüssigkeit versehen ist, da hierdurch der von dem Schneidkopf nicht erreichbare Bereich auf einfache Weise mit Spülflüssigkeit versorgt werden kann.

[0018] Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung betrifft diese ein Bohrverfahren unter Verwendung einer Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art, wobei die Bohrstange um die Rotationsachse gedreht wird und nach einer Drehung um zumindest 180° der Bohrarm verschwenkt wird. Hierdurch lässt sich auf einfache Weise der nahezu vollständige Innenquerschnitt des Senkkastens überstreichen. Nach einer ersten Verfahrensvariante kann hierbei die Bohrstange kontinuierlich in einer Drehrichtung um die Rotationsachse gedreht werden, während der Bohrarm kontinuierlich radial ein- und auswärts geschwenkt wird. Alternativ ist es möglich, die Drehrichtung der Bohrstange nach einer Drehung um etwa 180° umzukehren und jeweils bei einer Richtungsumkehr, d.h. vor, während oder nach der Richtungsumkehr den Bohrarm radial nur etwas zu verschwenken. Bei dieser Ausführungsvariante kann auf die Verwendung von teuren Rotationsdichtungen für die Schneidköpfe und für Flüssigkeitsleitungen verzichtet werden, so dass bei Durchführung dieses Verfahrens die Bohrvorrichtung wesentlich kostengünstiger hergestellt werden kann.

[0019] Bei Verwendung einer Bohrvorrichtung der vorstehend genannten Art im Zusammenhang mit einem Senkkasten mit sich erweiterndem Querschnitt lässt sich die Bohrvorrichtung so dimensionieren, dass bei eingeschwenktem Bohrarm die Bohrvorrichtung durch den kleinsten Querschnitt des Senkkastens in diesen absenkbar ist, wobei der Bohrarm nach Einsetzen der Bohrvorrichtung in den erweiterten Querschnittsbereich aus dieser Stellung in eine weitere Stellung verschwenkbar ist, in welcher sich der Schneidkopf im Bereich der Innenmantelfläche des Senkkastens befindet.

[0020] Hierdurch lässt sich mit dem Schneidkopf die gesamte Innenquerschnittsfläche des Senkkastens überstreichen.

[0021] Nach einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Bohrarm dabei am offenen Boden des Senkkastens in eine Stellung verschwenkbar sein, in welcher der Schneidkopf radial über die Innenkontur des Senkkastens hinausragt, während sich das Bohrrohr mittig in dem Senkkasten befindet. Mit anderen Worten lässt sich der Schneidkopf so weit radial nach außen verschwenken, dass dieser unterhalb der Wandung des Senkkastens positioniert wird. Hierdurch lässt sich der Grund unterhalb der Wandung des Senkkastens entfernen, ohne dass hierfür weitere Mittel vorgesehen werden müssen.

[0022] Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1

einen Querschnitt durch eine Bohrvorrichtung in einem Senkkasten mit sich erweiterndem Querschnitt;

Fig. 2

eine vergrößerte Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Bohrvorrichtung;

Fig. 3

den Bewegungsablauf des Schneidkopfs nach einer ersten Verfahrensvariante; und

Fig. 4

den Bewegungsablauf des Schneidkopfs nach einer zweiten Verfahrensvariante.

[0023] Fig. 1 zeigt einen Senkkasten 10 mit einem sich von oben nach unten erweiternden Querschnitt, wobei der Senkkasten 10 einen oberen Querschnittsbereich mit kleinem Querschnitt, einen Übergangsbereich mit sich konisch erweiterndem Querschnitt und einen unteren Endbereich mit großem Querschnitt aufweist. Der Innenquerschnitt des oberen Bereichs kann etwa 6 bis 7 m betragen und der Querschnitt des unteren Bereichs kann etwa 12 bis 13 m betragen. Wie Fig. 1 zeigt, kann die Wandung des Senkkastens 10 in ihrem unteren Ende konisch angeschrägt sein, damit sich der Senkkasten 10 leichter in den Grund G einbringen lässt.

[0024] Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Senkkasten 10 rotationssymmetrisch ausgebildet, d.h. dessen Innenraum im Bereich mit kleinerem und mit größerem Querschnitt ist zylinderförmig.

[0025] In das Innere des in Fig. 1 dargestellten Senkkastens 10 ist eine Bohrvorrichtung eingebracht, die eine Bohrstange 12 umfasst, die mit Hilfe eines Bohrtisches 14 rotierbar ist. Die Bohrstange kann massiv oder als hohles Rohr mit ausreichend hohem Widerstandsmoment ausgebildet sein, wobei die Bohrstange in beiden Fällen aus einzelnen Schüssen zusammengesetzt werden kann. Der Bohrtisch 14, der mit einem nicht dargestellten Drehantrieb für die Bohrstange 12 versehen ist, ist mit Hilfe von Stellzylindern 16 in vertikaler Richtung um einen Stellhub bewegbar, so dass das untere Ende der Bohrstange in der Höhe eingestellt werden kann. Die Stellzylinder 16 sind dabei an einer Basis 18 montiert, die auf die obere Öffnung des Senkkastens aufsetzbar ist.

[0026] Im Bereich des unteren Endabschnitts der Bohrstange 12, an deren unterem Ende eine Bohrspitze 20 vorgesehen ist, sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei um 180° voneinander beabstandete Bohrarme 22, 24 angelenkt, wobei am Ende des jeweiligen Bohrarms 22, 24 jeweils ein Schneidkopf bzw. Cutterkopf 26, 28 befestigt ist. Die beiden Bohrarme 22 und 24 sind dabei an einer Manschette 30 angelenkt, die an der Bohrstange 12 befestigt ist.

[0027] Jeder Bohrarm 22 und 24 ist um seinen Anlenkpunkt und relativ zu der Rotationsachse R der Bohrstange 12 hin- und herbewegbar, d.h. verschwenkbar, wobei hierzu jeweils ein Hydraulikzylinder 32 und 34 dient. Jeder Hydraulikzylinder 32 und 34 ist mit seinem einen Ende am unteren Ende der Bohrstange 12 im Bereich der Bohrspitze 20 und mit seinem jeweils anderen Ende etwa in der Mitte des zugehörigen Bohrarms 22 und 24 befestigt. Durch Betätigen der Hydraulikzylinder 32 und 34 lässt sich somit jeder Bohrarm unabhängig von dem jeweils anderen Bohrarm verschwenken, so dass sich der an dem Ende des Bohrarms angeordnete Schneidkopf relativ zu der Rotationsachse R hin- und herbewegt. Die Anlenkpunkte der Hydraulikzylinder 32 und 34 an die Bohrstange befinden sich dabei etwa auf der Höhe der Schneidköpfe 26 und 28, so dass bei der in Fig. 1 dargestellten Position der Bohrarme 22 und 24 von den Hydraulikzylindern 32 und 34 und von den Bohrarmen 22 und 24 ein Parallelogramm eingeschlossen wird. Durch vollständiges Einfahren der Hydraulikzylinder 32 und 34 lassen sich die Bohrarme 22 und 24 an die Bohrstange 12 anlegen, so dass diese annähernd parallel oder unter nur einem sehr geringen spitzen Winkel zu der Mittelachse R der Bohrstange 12 verlaufen. In dieser eingeschwenkten Stellung ist der radiale Abstand der am äußersten Ende der Bohrarme 22 und 24 befindlichen Schneidköpfe 26 und 28 kleiner als der kleine Innenquerschnitt des Senkkastens 10, so dass die Bohrvorrichtung durch die obere Öffnung des Senkkastens ein-und ausgebracht werden kann.

[0028] Zur Stabilisierung der Bohrarme 22 und 24 sind an der Bohrstange 12 zwei Querträger 36 befestigt, die sich rechtwinklig zur Rotationsachse R der Bohrstange und parallel zueinander erstrecken. Die Querträger 36, von denen nur einer zu erkennen ist, sind dabei so beabstandet, dass zwischen diesen die Bohrarme 22 und 24 verschwenkt werden können. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Querträger 36 etwa auf der Höhe der Anlenkpunkte der Hydraulikzylinder 32 und 34 an den Bohrarmen 22 und 24 befestigt, so dass auch bei vollständig nach außen verschwenkten Bohrarmen 22 und 24 noch eine Führung durch die Querträger 36 gewährleistet ist.

[0029] Im Bereich der Querträger 36 weist die Bohrvorrichtung eine Sensoreinrichtung mit mehreren Positionssensoren 38 auf, mit denen die Schwenkstellung der Bohrarme 22 und 24 detektiert und an eine Kontroll- und Überwachungssteuerung weitergeleitet werden kann.

[0030] Zur Zentrierung der Bohrstange 12 innerhalb des Senkkastens 10 sind zumindest zwei, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel drei Zentrierarme 40 an der Bohrstange 12 angelenkt, wobei die Zentrierarme 40 mit Hilfe von Stellzylindern 42 relativ zu der Rotationsachse R der Bohrstange 12 verschwenkt werden können. Die Stellzylinder 42 befinden sich dabei axial oberhalb der Zentrierarme und sind etwa in der Mitte der Zentrierarme an diesen angelenkt. Am jeweils äußeren Ende jedes Zentrierarms 40 ist eine Rolle 44 angeordnet, deren Rotationsachse parallel zur Rotationsachse R der Bohrstange 12 verläuft. Während einer Drehung der Bohrstange 12 rollt somit die Rolle 44 am Innenumfang des Senkkastens 10 ab.

[0031] Aus der in Fig. 1 dargestellten Zentrierposition, in der sich die Zentrierarme 40 rechtwinklig zu der Bohrstange 12 erstrecken, sind diese durch Ausfahren der Stellzylinder 42 verschwenkbar und so weit an die Bohrstange 12 anlegbar, dass die Bohrvorrichtung durch den verjüngten Bereich des Senkkastens 10 ein- und ausgeführt werden kann. In Umfangsrichtung sind die Zentrierarme 40 und die Bohrarme 22 und 24 zueinander versetzt, so dass sich diese nicht behindern.

[0032] Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnung befindet sich oberhalb des Grundes G ein Gewässer W, in dem eine Schwimmpumpe 50 vorgesehen ist, mit deren Hilfe durch eine Leitung 52 Wasser in den Senkkasten 10 gepumpt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann eine verschließbare Öffnung 54 vorgesehen werden, um Wasser in den Senkkasten einzulassen. Das innerhalb des Senkkastens befindliche Wasser dient als Speisung für Pumpen 56 und 58, die im Bereich der Schneidköpfe 26 und 28 vorgesehen sind und mit deren Hilfe Bohrgut, d.h. ein Gemenge aus Bodenbestandteilen und Wasser über Schlauchleitungen 60 und 62, die parallel zur Bohrstange aus dem Senkkasten 10 herausgeführt werden, beispielsweise in einen Sinkkasten an Land gepumpt wird. Weiterhin kann bei einer hohl ausgebildeten Bohrstange 12 Spülflüssigkeit in das Innere der Bohrstange unter Druck eingebracht werden, wobei diese Spülflüssigkeit dann am unteren Ende der Bohrstange 12 über Austrittsdüsen 64 austreten kann.

[0033] Wenn der Grund G wie bei der Darstellung in Fig. 1 aus verhältnismäßig weichem Material, wie beispielsweise Sand besteht, lässt sich der Senkkasten durch sein Eigengewicht und durch Ausbohren des Innenraums des Senkkastens gleichmäßig in den Boden absenken. Bei vielen Anwendungsfällen ist der Grund jedoch geschichtet und weist verschiedenartige Moor-, Lehm- oder Tonschichten auf. Fig. 2 zeigt eine entsprechende Situation mit einer Lehmschicht L, die vergleichsweise hart ist, so dass sich der Senkkasten 10 nicht durch sein Eigengewicht absenkt. Bei dieser Ausführungsvariante der Bohrvorrichtung, bei der für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet sind, sind die Bohrarme so dimensioniert, dass diese am offenen Boden des Senkkastens 10 in eine Stellung verschwenkbar sind, in welcher der Schneidkopf (in Fig. 2 der Schneidkopf 26) radial über die Innenkontur des Senkkastens 10 hinausragt, während sich das Bohrrohr 12 mittig in dem Senkkasten 10 befindet. Hierdurch lässt sich der Schneidkopf unter die Wandung des Senkkastens 10 bewegen, so dass dort der Untergrund entfernt und das Absenken des Senkkastens gewährleistet werden kann. Wie Fig. 2 zeigt, schneidet der Schneidkopf 26 in der dargestellten Position des Bohrarms 22 unterhalb der Wandung des darüber befindlichen Senkkastens 10, wobei der Schneidkopf 26 alleine durch Verschwenken des Bohrarms 22 in diese Position gebracht werden kann. Gleichzeitig ist auch in dieser Position eine Stabilisierung durch den Querträger 36 vorhanden.

[0034] Wenn sich die Schneidköpfe in der in Fig. 2 dargestellten Position unmittelbar unterhalb der Wand des Senkkastens 10 befinden und sich der Senkkasten unerwartet absenkt, so könnte auf den Hydraulikzylinder 32 ein extrem hoher Spitzendruck ausgeübt werden. Um hier eine Beschädigung zu verhindern, ist ein Sicherheitsventil 33, 35 vorgesehen, das als Überdruckventil ausgebildet ist.

[0035] Zum Einleiten des Bohr- bzw. Schneidvorgangs wird der Senkkasten 10 auf den Gewässerboden abgesetzt und die Zentrierarme 40 sowie die Bohrarme 22 und 24 werden an die Bohrstange 12 angelegt. In dieser Position lässt sich die Bohrvorrichtung durch den verjüngten Abschnitt des Senkkastens in diesen einführen und bis auf den Gewässerboden absenken. Anschließend können die Stellzylinder 42 betätigt werden, so dass die Zentrierarme 40 in die in Fig. 1 dargestellte Position bewegt werden, in welcher die Bohrstange 12 mittig in dem Senkkasten 10 zentriert wird. Anschließend kann die Bohrstange 12 in Drehung versetzt werden und die Hydraulikzylinder 32 und 34 können abwechselnd oder gleichzeitig aktiviert werden, so dass die Schneidköpfe 26 und 28 den Innenquerschnitt des Senkkastens überstreichen und dabei den Grund entfernen bzw. ausbohren. Durch Befüllen des Innenraums des Senkkastens 10 mit Wasser lässt sich das entstehende Bohrgut mit Hilfe der Pumpen 56 und 58 abpumpen. Gleichzeitig kann durch die Düsen 64 austretende Spülflüssigkeit dafür sorgen, dass auch der Zentralbereich des Innenquerschnitts ausgespült wird.

[0036] Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind verschiedene Bohrverfahren möglich. So kann wie in Fig. 3 dargestellt, die Bohrstange 12 kontinuierlich in einer Drehrichtung (in Fig. 3 im Uhrzeigersinn) um die Rotationsachse gedreht werden, so dass die Schneidköpfe 26 und 28 im Uhrzeigersinn rotieren. Währenddessen können die Bohrarme 22 und 24 kontinuierlich von außen radial nach innen verschwenkt werden, so dass diese eine Spiralbewegung durchführen.

[0037] Bei einer alternativen Verfahrensweise, die in Fig. 4 dargestellt ist, kann die Drehrichtung der Bohrstange 12 nach einer Drehung um 180° umgekehrt werden, wobei bei einer Richtungsumkehr die Bohrarme 22 und 24 etwas verschwenkt werden. Fig. 4 verdeutlicht diese Verfahrensweise, wobei zunächst die Schneidköpfe 26 und 28 radial ganz nach außen geschwenkt sind. Nach einer ersten Halbdrehung um 180° im Uhrzeigersinn können die Bohrarme dann etwas, beispielsweise um 80 cm radial nach innen verschwenkt werden. Wenn dann die Bohrstange 12 in umgekehrter Drehrichtung rotiert wird, wird ein weiter innen liegender Ring des Innenquerschnitts des Senkkastens 10 überstrichen. Nachdem die gesamte Innenkontur ausgebohrt worden ist, lässt sich die Bohrstange 21 mit Hilfe des Stellzylinders 16 weiter absenken, wobei dies auch während des Drehens der Bohrstange 12 erfolgen kann. Auf diese Weise lässt sich der Grund innerhalb des Senkkastens 10 auf einfache Weise ausbohren, ohne dass Dichtungen, Kabelkupplungen und dergleichen erforderlich wären, die eine Drehung um 360° ermöglichen.

[0038] Zur Überwachung der vorstehend beschriebenen Bohrvorrichtung kann eine automatische Steuerung vorgesehen werden, mit der sich der Bohrfortschritt sowie die jeweilige Position der Bohrarme 22 und 24 mit Hilfe der Sensorelemente 38 überwachen lässt.

Bezugszeichenliste

[0039] 

10

Senkkasten

12

Bohrstange

14

Bohrtisch

16

Stellzylinder

18

Basis

22, 24

Bohrarm

26, 28

Schneidkopf

30

Manschette

32, 34

Hydraulikzylinder

33

Überdruckventil

36

Querträger

38

Sensoren

40

Zentrierarme

42

Stellzylinder

44

Rolle

50

Pumpe

52

Leitung

54

verschließbare Öffnung

56, 58

Pumpe

60, 62

Leitung

64

Austrittsöffnung

G

Grund

L

Lehmschicht

R

Rotationsachse der Bohrstange

W

Wasser

Ansprüche

1. Bohrvorrichtung für einen Senkkasten (10) mit sich erweiterndem, flaschenförmigem Querschnitt, umfassend eine rotierbare Bohrstange (12), an deren unterem Endabschnitt zumindest ein Bohrarm (22, 24) angelenkt ist, an dessen Ende ein Schneidkopf (26, 28) befestigt ist, wobei der Schneidkopf (26, 28) mit Hilfe eines den Bohrarm verschwenkenden Stellelementes relativ zu einer Rotationsachse (R) der Bohrstange (12) hin und her bewegbar ist, und wobei zumindest zwei Zentrierarme (40) vorgesehen sind, an deren äußeren Enden eine Rolle (44) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zentrierarme (40) an der Bohrstange (12) angelenkt und an die Bohrstange (12) anlegbar sind und mit Hilfe eines die Zentrierarme verschwenkenden Stellelementes (42) relativ zu der Rotationsachse (R) der Bohrstange (12) in eine Position verschwenkbar sind, in der sich diese etwa rechtwinklig zu der Bohrstange (12) erstrecken.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
an der Bohrstange (12) zumindest ein Querträger (36) starr befestigt ist, um Drehmoment von der Bohrstange (12) auf den Bohrarm (22, 24) an einer Stelle zu übertragen, die sich zwischen dem Schneidkopf (26, 28) und der Bohrstange (12) befindet, wobei sich der Querträger (36) insbesondere etwa rechtwinklig zu der Bohrstange (12) erstreckt.

3. Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Sensoreinrichtung (38) vorgesehen ist, die den Schwenkwinkel des Bohrarmes (22, 24) detektiert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensoreinrichtung (38) an einem Querträger (36) der Bohrstange (12) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Bohrarm (22, 24) so verschwenkbar ist, dass der Querträger (36) die maximale Außenkontur des in den Senkkasten (10) einbringbaren Teils der Bohrvorrichtung definiert.

6. Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bohrstange (12) auf einer auf den Senkkasten (10) aufsetzbaren Basis (18) vertikal verstellbar montiert ist.

7. Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein unteres Ende der Bohrstange (12) mit einer Bohrspitze (20) versehen ist.

8. Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein unteres Ende der Bohrstange (12) mit einer Austrittsöffnung für Spülflüssigkeit versehen ist.

9. Bohrverfahren unter Verwendung einer Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bohrstange (12) um die Rotationsachse (R) gedreht wird, und dass nach einer Drehung um zumindest 180° der Bohrarm (22, 24) verschwenkt wird.

10. Bohrverfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bohrstange (12) kontinuierlich in einer Drehrichtung um die Rotationsachse (R) gedreht wird und dass der Bohrarm (22, 24) währenddessen kontinuierlich verschwenkt wird.

11. Bohrverfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Drehrichtung der Bohrstange (12) nach einer Drehung um 180° umgekehrt wird, und dass bei einer Richtungsumkehr der Bohrarm (22, 24) etwas verschwenkt wird.

12. Kombination eines Senkkastens mit sich erweiterndem, flaschenförmigem Querschnitt und einer Bohrvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 - 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Bohrarm (22, 24) in eine Stellung verschwenkbar ist, in welcher die Bohrvorrichtung durch den kleinsten Querschnitt des Senkkastens (10) in diesen einsetzbar ist, und dass der Bohrarm (22, 24) nach Einsetzen der Bohrvorrichtung in den erweiterten Querschnittsbereich aus dieser Stellung in eine weitere Stellung verschwenkbar ist, in welcher sich der Schneidkopf (26, 28) im Bereich der Innenmantelfläche des Senkkastens (10) befindet.

13. Kombination nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Bohrarm (22, 24) am offenen Boden des Senkkastens (10) in eine Stellung verschwenkbar ist, in welcher der Schneidkopf (26, 28) radial über die Innenkontur des Senkkastens (10) hinausragt, während sich das Bohrrohr (12) mittig in dem Senkkasten (10) befindet.

Claims

1. A drilling apparatus for a caisson (10) having an expanding cross-section of bottle shape, comprising a rotatable drill bar (12) at whose lower end section at least one drill arm (22, 24) is pivotally connected at whose end a cutting head (26, 28) is fastened, wherein the cutting head (26, 28) is movable to and fro relative to an axis of rotation (R) of the drill bar (12) with the aid of an adjustment element pivoting the drill arm, and wherein at least two centring arms (40) are provided at whose outer ends a roller (44) is provided,
characterised in that
the centring arms (40) are pivotally connected to the drill bar (12) and can be laid on the drill bar (12) and are pivotable relative to the axis of rotation (R) of the drill bar (12) with the aid of an adjustment element (42) pivoting the centring arms into a position in which they extend approximately at right angles to the drill bar (12).

2. An apparatus in accordance with claim 1,
characterised in that
at least one cross-member (36) is rigidly fastened to the drill bar (12) to transmit torque from the drill bar (12) to the drill arm (22, 24) at a point which is located between the cutting head (26, 28) and the drill bar (12), with the cross-member (36) in particular extending approximately at right angles to the drill bar (12).

3. An apparatus in accordance with at least one of the preceding claims,
characterised in that
a sensor device (38) is provided which detects the pivot angle of the drill arm (22, 24).

4. An apparatus in accordance with claim 3,
characterised in that
the sensor device (38) is arranged at a cross-member (36) of the drill bar (12).

5. An apparatus in accordance with claim 2 or claim 4,
characterised in that
the drill arm (22, 24) is pivotable so that the cross-member (36) defines the maximum outer contour of the part of the drilling apparatus which can be introduced into the caisson (10).

6. An apparatus in accordance with at least one of the preceding claims,
characterised in that
the drill bar (12) is fitted vertically adjustable on a base (18) which can be placed onto the caisson (10).

7. An apparatus in accordance with at least one of the preceding claims,
characterised in that
a lower end of the drill bar (12) is provided with a drill bit (20).

8. An apparatus in accordance with at least one of the preceding claims,
characterised in that
a lower end of the drill bar (12) is provided with an outlet opening for flushing liquid.

9. A drilling method using an apparatus in accordance with at least one of the preceding claims,
characterised in that
the drill bar (12) is rotated about the axis of rotation (R); and in that the drill arm (22, 24) is pivoted by at least 180° after a rotation.

10. A drilling method in accordance with claim 9,
characterised in that
the drill bar (12) is continuously rotated in a direction of rotation about the axis of rotation (R); and in that the drill arm (22, 24) is continuously rotated in the meantime.

11. A drilling method in accordance with claim 9,
characterised in that
the direction of rotation of the drill bar (12) is reversed after a rotation by 180°; and in that the drill arm (22, 24) is pivoted a little on a direction reversal.

12. A combination of a caisson having an expanding cross-section of bottle shape and a drilling apparatus in accordance with at least one of the claims 1 to 8,
characterised in that
the drill arm (22, 24) is pivotable into a position in which the drilling apparatus can be inserted into the caisson (10) through the smallest cross-section thereof; and in that the drill arm (22, 24) can be pivoted after the insertion of the drilling apparatus into the expanded cross-sectional area from this position into a further position in which the cutting head (26, 28) is located in the region of the inner jacket surface of the caisson (10).

13. A combination in accordance with claim 12,
characterised in that
the drill arm (22, 24) is pivotable at the open base of the caisson (10) into a position in which the cutting head (26, 28) projects radially beyond the inner contour of the caisson (10), while the drill pipe (12) is located centrally in the caisson (10).

Revendications

1. Dispositif de forage pour un caisson-batardeau (10) présentant une section transversale en forme de bouteille qui va en s'élargissant, comprenant une tige de forage en rotation (12) avec au moins un bras de forage (22, 24) articulé au tronçon terminal inférieur de ladite tige, et comprenant une tête de taille (26, 28) fixée à l'extrémité du bras de forage, ladite tête de taille (26, 28) étant déplaçable en va-et-vient par rapport à un axe de rotation (R) de la tige de forage (12) à l'aide d'un élément de positionnement qui fait basculer le bras de forage, et il est prévu au moins deux bras de centrage (40) avec un galet (44) prévu à leurs extrémités extérieures,
caractérisé en ce que
les bras de centrage (40) sont articulés sur la tige de forage (12) et peuvent être appliqués contre la tige de forage (12), et peuvent être basculés, à l'aide d'un élément de positionnement (42) qui fait basculer les bras de centrage, par rapport à l'axe de rotation (R) de la tige de forage (12) jusque dans une position dans laquelle ces bras s'étendent approximativement à angle droit par rapport à la tige de forage (12).

2. Dispositif selon la revendication 1,
caractérisé en ce qu'au moins un support transversal (36) est fixé rigidement à la tige de forage (12), afin de transmettre un couple de rotation depuis la tige de forage (12) vers le bras de forage (22, 24) à un emplacement qui se trouve entre la tête de taille (26, 28) et la tige de forage (12), ledit support transversal (36) s'étendant en particulier approximativement à angle droit par rapport à la tige de forage (12).

3. Dispositif selon l'une au moins des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'il est prévu un système capteur (38) qui détecte l'angle de basculement du bras de forage (22, 24).

4. Dispositif selon la revendication 3,
caractérisé en ce que le système capteur (38) est agencé sur un support transversal (36) de la tige de forage (12).

5. Dispositif selon la revendication 2 ou 4,
caractérisé en ce que le bras de forage (22, 24) est capable de basculer de telle façon que le support transversal (36) définit le contour extérieur maximum de la partie du dispositif de forage qui est susceptible d'être introduite dans le caisson-batardeau (10).

6. Dispositif selon l'une au moins des revendications précédentes,
caractérisé en ce que la tige de forage (12) est montée déplaçable en sens vertical sur une base (18) susceptible d'être posée sur le caisson-batardeau (10).

7. Dispositif selon l'une au moins des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'une extrémité inférieure de la tige de forage (12) est pourvue d'une pointe de forage (20).

8. Dispositif selon l'une au moins des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'une extrémité inférieure de la tige de forage (12) est dotée d'une ouverture de sortie pour un liquide de rinçage.

9. Procédé de forage en utilisant un dispositif selon l'une au moins des revendications précédentes,
caractérisé en ce que la tige de forage (12) est tournée autour de l'axe de rotation (R), et en ce que, après une rotation d'au moins 180°, le bras de forage (22, 24) est basculé.

10. Procédé de forage selon la revendication 9, caractérisé en ce que la tige de forage (12) est tournée en continu dans un sens de rotation autour de l'axe de rotation (R), et en ce que le bras de forage (22, 24) est basculé en continu pendant ce temps.

11. Procédé de forage selon la revendication 9,
caractérisé en ce que la direction de rotation de la tige de forage (12) est inversée après une rotation de 180°, et en ce que le bras de forage (22, 24) est légèrement basculé lors d'une inversion de direction.

12. Combinaison d'un caisson-batardeau présentant une section transversale en forme de bouteille qui va en s'élargissant, et d'un dispositif de forage selon l'une au moins des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le bras de forage (22, 24) est susceptible d'être basculé jusque dans une position dans laquelle le dispositif de forage peut être introduit dans le caisson-batardeau (10) à travers la plus petite section transversale de celui-ci, et en ce que le bras de forage (22, 24), après introduction du dispositif de forage dans la zone de section transversale élargie, peut être basculé depuis cette position vers une autre position dans laquelle la tête de taille (26, 28) se trouve dans la région de la surface enveloppe intérieure du caisson-batardeau (10).

13. Combinaison selon la revendication 12,
caractérisée en ce que le bras de forage (22, 24) est susceptible d'être basculé à l'extrémité ouverte du caisson-batardeau (10) jusque dans une position dans laquelle la tête de taille (26, 28) dépasse radialement au-delà du contour intérieur du caisson-batardeau (10), tandis que le tube de forage (12) se trouve au milieu dans le caisson-batardeau (10).

Zeichnung